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Cálculo dos fatores de Dancoff com absorção parcial de nêutrons em geometria Cluster pelo método direto

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Cálculo dos fatores de Dancoff com absorção parcial de nêutrons em geometria Cluster pelo método direto

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Título Cálculo dos fatores de Dancoff com absorção parcial de nêutrons em geometria Cluster pelo método direto
Outro título Dancoff factors with partial neutrons absorption incluster geometry by the direct method
Autor Rodrigues, Letícia Jenisch
Orientador Vilhena, Marco Tullio Menna Barreto de
Co-orientador Leite, Sérgio de Queiroz Bogado
Data 2007
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Assunto Fenomenos de transporte
Resumo Por muitos anos, vários métodos têm sido propostos para a obtenção dos fatores de Dancoff para materiais perfeitamente e parcialmente absorvedores de nêutrons em meios heterogêneos. No presente trabalho, esse fator é definido como a probabilidade que um nêutron emitido a partir de uma superfície de um elemento combustível irá entrar em outro elemento combustível sem sofrer nenhuma colisão no moderador ou no revestimento. A absorção ressonante em arranjos compactos é fortemente influenciada por esse fator, e nos casos mais gerais de células irregulares, os modelos utilizados ainda apresentam diferenças que refletem em cálculos de criticalidade, taxas de conversão e queima. O código WIMS, um dos mais utilizados códigos de gerenciamento de núcleo de reatores nucleares, possuía originalmente uma sub-rotina PIJ utilizada para calcular matrizes de colisão e fatores de Dancoff, para materiais perfeitamente absorvedores (Black Dancoff factors), para células combustíveis, em um determinado grupo de energia utilizando a definição em termos das probabilidades de colisão. O cálculo dessas probabilidades era baseado nas distâncias percorridas pelos nêutrons entre regiões da célula. A malha de integração, sobre a qual as integrações duplas das funções de Bickley eram calculadas por regra trapezoidal simples, era composta por conjuntos de linhas paralelas, igualmente espaçadas radialmente, traçados para cada um dos ângulos azimutais igualmente incrementados em relação a uma direção de referência. Embora rápido, o esquema de cálculo era ineficiente. A malha fixa era independente do tamanho das regiões que compunham célula, de maneira que regiões muito pequenas, muitas vezes eram atravessadas por poucos traços. Uma modificação nessa sub-rotina, atualmente chamada de PIJM, foi implementada de maneira que cada região da célula tivesse uma malha própria, evitando o excesso de traços em algumas regiões e a falta de traços em outras. Outra melhoria foi a modificação da técnica de integração, isto é, as integrais radiais passaram a ser calculadas por quadraturas gaussianas e as angulares por regra trapezoidal estendida, resultando em melhorias significativas nos fatores de Dancoff comprovadas por comparações com resultados precisos existentes na literatura em situações simples. Entretanto, os fatores assim calculados consideravam as regiões combustíveis formadas por materiais perfeitamente absorvedores.O objetivo deste trabalho é obter os fatores de Dancoff, com absorção parcial do combustível, em células cilíndricas a partir de sua definição alternativa, ou seja, a correção na probabilidade de escape do combustível devido às demais varetas combustíveis do meio. Através da modificação da sub-rotina PIJM determina-se esses fatores para cinco posições diferentes de varetas, utilizando-se a célula canadense CANDU–37, obtendo-se resultados satisfatórios em relação aos encontrados na literatura especializada.
Abstract Accurate analysis of resonance absorption in heterogeneous systems is essential in problems like criticality, breeding ratios and fuel depletion calculations. In compact arrays of fuel rods, resonance absorption is strongly affected by the Dancoff factor, defined in this study as the probability that a neutron emitted from the surface of a fuel element, enters another fuel element without any collision in the moderator or cladding. In fact, in the most practical cases of irregular cells, it is observed that inaccuracies in computing both Grey and Black Dancoff factors, i.e. for partially and perfectly absorbing fuel rods, can lead to considerable errors in the calculated values of such integral quantities. For this reason, much effort has been made in the past decades to further improve the models for calculating Dancoff factors, a task that has been accomplished in connection with the development of faster computers. In the WIMS code, Black Dancoff factors based on the above mentioned collision probability definition are computed in cluster geometry, for each one of the symmetrically distinct fuel pin positions in the cell. Sets of equally-spaced parallel lines are drawn in subroutine PIJ, at a number of discrete equally-incremented azimuthal angles, covering the whole system and forming a mesh over which the in-plane integrations of the Bickley functions are carried out by simple trapezoidal rule, leading to the first-flight collision matrices. Although fast, the method in PIJ is inefficient, since the constructed mesh does not depended on the system details, so that regions of small relative volumes are crossed out by relatively few lines, which affects the convergence of the calculated probabilities. A new routine (PIJM) was then created to incorporate a more efficient integration scheme considering each system region individually, minimizing convergence problems and reducing the number of neutron track lines required in the in-plane integrations for any given accuracy. In this routine, the radial integrations are performed by Gauss´ formula whereas the angular ones are obtained by extended trapezoidal rule. In the present work, PIJM is extended to compute Grey Dancoff factors by the collision probability definition, in two-dimensional cylindrical cells in cluster geometry. Theeffectiveness of the method is accessed by comparing Grey Dancoff factors as calculated by PIJM, with those available in the literature by the Monte Carlo method, for the irregular geometries of the Canadian CANDU37 assembly. Dancoff factors at five symmetrically distinct fuel pin positions are found in very good agreement with the literature results.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/10583
Arquivos Descrição Formato
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